WO2015189948A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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昂仁 彦根
靖 大越
拓也 伊藤
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三菱電機株式会社
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus that generates cold water and / or hot water.
  • the above-described refrigeration cycle apparatus is composed of a refrigerant circuit having a water heat exchanger and an air heat exchanger, and a circular pipe is used for most of the air heat exchangers.
  • a conventional refrigeration cycle apparatus there is one provided with a plurality of dual refrigeration cycles including a high temperature side refrigeration circuit having a water heat exchanger and a low temperature side refrigeration circuit having an air heat exchanger (for example, Patent Document 1). reference).
  • each part except for the air heat exchanger of the refrigerant circuit is installed in a united position in the machine room so that maintenance and inspection can be easily performed.
  • a circular pipe was used for the air heat exchanger, the machine room was small, and only one water pipe (two) of cold water or hot water could be provided in the machine room.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems. Even when an air heat exchanger having a heat exchange performance similar to that of an air heat exchanger using a circular tube is used, the size of the housing itself is large. An object of the present invention is to obtain a refrigeration cycle apparatus that can take a large space in a machine room without changing the size.
  • a refrigeration cycle apparatus includes a housing having a fan chamber on the upper side and a machine chamber on the lower side, at least a compressor for compressing the refrigerant, an air heat exchanger for exchanging heat with the air, and adjusting the amount of the refrigerant
  • An expansion valve that performs heat exchange with water and cools or heats the water, and a refrigerant circuit in which a receiver tank that stores excess refrigerant is connected by a refrigerant pipe.
  • a blower in which the rotation axis of the fan is directed in a direction orthogonal to the air and an air heat exchanger arranged on the suction side of the blower are provided, and a compressor, a water heat exchanger, an expansion valve, and a receiver tank are provided in the machine room And a water pipe to which a water heat exchanger is connected, and a flat tube is used for the air heat exchanger.
  • the present invention since a flat tube is used for the air heat exchanger, air heat exchange using a flat tube is used compared to a circular tube air heat exchanger having the same heat exchange performance as the air heat exchanger.
  • the volume of the vessel can be reduced.
  • the fan room can be made smaller, and the machine room space can be increased accordingly. Accordingly, the service space around the water pipe in the machine room can be increased, and maintenance work for the refrigerant circuit can be easily performed. it can.
  • the volume of the air heat exchanger is reduced, the amount of refrigerant used in the refrigerant circuit can be reduced, so that a receiver tank having a small capacity can be used as a receiver tank for storing excess refrigerant.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an air cooling chiller unit including the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 The figure which shows the example of a connection of the water heat exchanger arrange
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an air-cooled chiller unit including a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1, and FIG. 2 shows an example of connection between a water heat exchanger and a water pipe disposed in the machine room of FIG. FIG.
  • the air-cooled chiller unit 50 shown in FIG. 1 is used as an air-conditioning heat source for large facilities such as buildings and factories, and a plurality of air-cooling chiller units 50 are connected in accordance with the air-conditioning load.
  • the air-cooled chiller unit 50 is a single unit in which two refrigerant circuits constituting the refrigeration cycle apparatus are accommodated in the housing 1.
  • the refrigerant circuit is a compressor that compresses low-temperature and low-pressure gas refrigerant and discharges high-temperature and high-pressure gas refrigerant, a four-way valve that switches the flow of high-temperature and high-pressure gas refrigerant according to operation (cooling or heating), and heat exchange of the refrigerant with air
  • An air heat exchanger 5 that controls the amount of refrigerant, a water heat exchanger 7 (8) that heat-exchanges water with the refrigerant and cools or heats the water, a receiver tank that stores excess refrigerant, and the like. 8a) and connected.
  • the air heat exchanger 5 is mentioned later, three air heat exchangers 5 are comprised for every refrigerant circuit.
  • the housing 1 is formed in a rectangular parallelepiped shape that is long in the lateral direction with respect to the installation surface, and is divided into a blower chamber 2 on the upper side and a machine chamber 3 on the lower side by a drain pan 4.
  • the front surface of the blower chamber 2 of the housing 1 is covered with a front panel having a fan guard, and the upper surface of the blower chamber 2 is covered with an upper panel. Further, both side surfaces and the back surface of the blower chamber 2 are open.
  • the front surface of the machine room 3 is covered with a front panel that is detachably attached, and the back surface of the machine room 3 is covered with a back panel. Further, both side surfaces of the machine room 3 are open.
  • the blower chamber 2 is provided with six blowers 6 with two fans up and down and arranged in three rows with the rotation axis of the fan oriented in a direction perpendicular to the vertical direction, and the suction side of the two blowers 6 up and down.
  • the air heat exchangers 5 are arranged respectively.
  • the air heat exchanger 5 is formed in a U-shape with the blower 6 side opened when the blower chamber 2 is viewed from above, and is divided into two vertically.
  • the refrigerant circuit having the water heat exchanger 7 includes, for example, the lower two air heat exchangers 5 at the left end when viewed from the blower 6 side and the lower air heat exchange among the two upper and lower air heat exchangers.
  • the device 5 is used in a state of being connected in series. Further, the remaining three air heat exchangers 5 are used in the refrigerant circuit having the water heat exchangers 8 in series. In these air heat exchangers 5, flat tubes are used for the refrigerant flow paths.
  • the machine room 3 accommodates each component except the air heat exchanger 5 of the refrigerant circuit. That is, in the machine room 3, each component of the refrigerant circuit (compressor, four-way valve, expansion valve, water heat exchanger 7 and receiver tank) having the water heat exchanger 7 and the refrigerant circuit having the water heat exchanger 7 are provided. These components (compressor, four-way valve, expansion valve, water heat exchanger 8 and receiver tank) are installed.
  • the machine room 3 is provided with an inflow side water pipe 9 and an outflow side water pipe 10.
  • pipe joint portions 9a and 10a for connecting to the water pipes 9 and 10 of the air cooling chiller unit 50 similar to the present embodiment are provided at both ends of the two water pipes 9 and 10, respectively. Is provided.
  • the pipe joint portions 9a and 10a are connected by bolts.
  • the air heat exchanger 5 acts as a condenser and the water heat exchangers 7 and 8 act as evaporators during the cooling operation.
  • the air heat exchanger 5 acts as an evaporator, and the water heat exchangers 7 and 8 act as condensers.
  • the heat exchange performance can be improved by about 30% compared to an air heat exchanger using a circular tube. For this reason, if the performance ratio is equivalent, the volume of the air heat exchanger 5 using the flat tube can be reduced by about 30%.
  • the blower chamber 2 can be made smaller and the space of the machine chamber 3 can be increased accordingly, so that the service space around the water pipes 9 and 10 in the machine chamber 3 can be increased, and the refrigerant circuit Maintenance work can be easily performed.
  • the volume of the air heat exchanger 5 is reduced, the amount of refrigerant used in the refrigerant circuit of the air-cooled chiller unit 50 can be reduced, so that a receiver tank having a small capacity can be used as a receiver tank for storing excess refrigerant.
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing an air-cooled chiller unit provided with the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2, and FIG. 4 shows an example of connection between a water heat exchanger arranged in the machine room of FIG. 3 and water piping.
  • FIG. 4 shows an example of connection between a water heat exchanger arranged in the machine room of FIG. 3 and water piping.
  • symbol is attached
  • a flat tube is used for the air heat exchanger 5 so that the cooling operation and the heating operation can be performed simultaneously. That is, by using an air heat exchanger using a flat tube, the space of the machine room 3 can be widened as described above.
  • water pipes 11 and 12 for hot water circulation and water for cold water circulation are used.
  • the pipes 13 and 14 can be provided in the machine room 3.
  • the water heat exchanger 7 of the refrigerant circuit is connected to the water pipes 13 and 14 for circulating cold water
  • the water heat exchanger 8 of the other refrigerant circuit is connected to the water pipes 11 and 12 for circulating hot water.
  • the air cooling chiller unit 50 When the air cooling chiller unit 50 is connected according to the air conditioning load, as shown in FIG. 4, the same air cooling chiller unit 50 as the pipe joint portions provided at both ends of the water pipes 11, 12, 13, 14 is used.
  • the water pipes 11, 12, 13, and 14 are connected to each other with pipe joints provided at both ends thereof with bolts.
  • the air heat exchanger 5 on the side of the water heat exchanger 7 acts as a condenser
  • the water heat exchanger 7 acts as an evaporator
  • the water in the cold water circulation water pipe 14 is cold water.
  • the air heat exchanger 5 on the side of the water heat exchanger 8 acts as an evaporator
  • the water heat exchanger 7 acts as a condenser
  • the water in the hot water circulation water pipe 12 is used as hot water.
  • the four water pipes 11, 12, 13, and 14 are provided in the machine room 3 as described above.
  • the volume of the air heat exchanger 5 using a flat tube is a circular pipe. 1 unit (air-cooled chiller unit 50) because it is about 30% smaller than the air heat exchanger and the space of the machine room 3 can be widened, and (2) the capacity of the air heat exchanger 5 is reduced. This is because it is possible to reduce the amount of the refrigerant and to reduce the capacity of the receiver tank that stores the excess refrigerant. Moreover, the capacity

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Abstract

　円管を用いた空気熱交換器と同様の熱交換性能を有する空気熱交換器を用いても、筐体そのものの大きさを変えることなく機械室の空間を広くとることができる冷凍サイクル装置を得る。　上側に送風機室２および下側に機械室３を有する筐体１と、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を空気で熱交換する空気熱交換器５、冷媒量を調節する膨張弁、水を冷媒で熱交換し、水を冷却または加熱する水熱交換器７、８および余剰冷媒を溜めるレシーバタンクが冷媒配管により接続された冷媒回路とを備え、送風機室２には、鉛直線方向と直交する方向にファンの回転軸が向けられた送風機６および当該送風機の吸引側に配置された空気熱交換器５が設けられ、機械室３には、圧縮機、水熱交換器７、８、膨張弁、レシーバタンクおよび水熱交換器７、８が接続された水配管９、１０が設けられ、空気熱交換器５に扁平管を用いた。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明は、冷水と温水あるいは何れか一方を生成する冷凍サイクル装置に関するものである。
　前述の冷凍サイクル装置は、水熱交換器と空気熱交換器を有する冷媒回路から構成され、大部分の空気熱交換器に円管が用いられている。また、従来の冷凍サイクル装置として、水熱交換器を有する高温側冷凍回路と空気熱交換器を有する低温側冷凍回路とからなる二元冷凍サイクルを複数備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－２５１７１５号公報（要約）
　前述した特許文献１に記載の冷凍サイクル装置は、機械室内に冷媒回路の空気熱交換器を除く各部品がまとまった位置に設置されていて、保守点検を容易に行えるようになっているが、空気熱交換器に円管を用いた場合は、機械室が小さくなり、機械室内に冷水あるいは温水の何れか一方の水配管（２本）しか設けることができなかった。
　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、円管を用いた空気熱交換器と同様の熱交換性能を有する空気熱交換器を用いても、筐体そのものの大きさを変えることなく機械室の空間を広くとることができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
　本発明に係る冷凍サイクル装置は、上側に送風機室および下側に機械室を有する筐体と、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を空気で熱交換する空気熱交換器、冷媒量を調節する膨張弁、水を冷媒で熱交換し、水を冷却または加熱する水熱交換器および余剰冷媒を溜めるレシーバタンクが冷媒配管により接続された冷媒回路とを備え、送風機室には、鉛直線方向と直交する方向にファンの回転軸が向けられた送風機および当該送風機の吸引側に配置された空気熱交換器が設けられ、機械室には、圧縮機、水熱交換器、膨張弁、レシーバタンクおよび水熱交換器が接続された水配管が設けられ、空気熱交換器に扁平管を用いたものである。
　本発明によれば、空気熱交換器に扁平管を用いているので、その空気熱交換器と同様の熱交換性能を有する円管の空気熱交換器と比べ、扁平管を用いた空気熱交換器の容積を小さくすることができる。これにより、送風機室を小さくでき、これに伴って機械室の空間を広くとることができるので、機械室内における水配管まわりのサービススペースを大きくとることができ、冷媒回路の保守作業などを容易にできる。
　また、空気熱交換器の容積が小さくなることで、冷媒回路に使用する冷媒量を削減できるので、余剰冷媒を溜めるレシーバタンクに容量の小さいレシーバタンクを使用できる。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を備えた空冷チラーユニットを模式的に示す斜視図。 図１の機械室に配置された水熱交換器と水配管の接続例を示す図。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を備えた空冷チラーユニットを模式的に示す斜視図。 図３の機械室に配置された水熱交換器と水配管の接続例を示す図。
実施の形態１．
　図１は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を備えた空冷チラーユニットを模式的に示す斜視図、図２は図１の機械室に配置された水熱交換器と水配管の接続例を示す図である。
　図１に示す空冷チラーユニット５０は、例えばビル、工場などの大型施設の空調熱源として使用され、空調負荷に応じて複数連結される。この空冷チラーユニット５０は、冷凍サイクル装置を構成する２つの冷媒回路が筐体１の中に収容されて１つのユニットとなっている。
　冷媒回路は、低温低圧のガス冷媒を圧縮し高温高圧のガス冷媒を吐出する圧縮機、運転（冷房又は暖房）に応じて高温高圧のガス冷媒の流れを切り替える四方弁、冷媒を空気で熱交換する空気熱交換器５、冷媒量を調節する膨張弁、水を冷媒で熱交換し、水を冷却または加熱する水熱交換器７（８）、余剰冷媒を溜めるレシーバタンクなどが冷媒配管７ａ（８ａ）により接続されて構成されている。なお、空気熱交換器５は、後述するが、冷媒回路毎に３つ連結して構成されている。
　筐体１は、設置面に対して横方向に長い直方体状に形成され、ドレンパン４によって上側が送風機室２、下側が機械室３として分けられている。この筐体１の送風機室２の前面は、ファンガードを有する前面パネルによって覆われており、送風機室２の上面は、上面パネルによって覆われている。また、送風機室２の両側面および背面は開放されている。機械室３の前面は、取り外し自在に取り付けられた前面パネルにより覆われており、機械室３の背面は背面パネルによって覆われている。また、機械室３の両側面は開放されている。
　送風機室２には、鉛直線方向と直交する方向にファンの回転軸が向けられた６台の送風機６が上下に２台ずつ３列設けられ、また、上下２台ずつの送風機６の吸引側にそれぞれ配置された空気熱交換器５が設置されている。
　この空気熱交換器５は、送風機室２を上方から見て、送風機６側が開放されたコの字状に形成され、上下に２分割されている。本実施の形態においては、水熱交換器７を有する冷媒回路には、例えば、送風機６側から見て左端の上下２つの空気熱交換器５と中央の上下２つのうち下側の空気熱交換器５とが直列に接続された状態で用いれている。また、水熱交換器８を有する冷媒回路には、残り３つの空気熱交換器５が直列に接続された状態で用いられている。これらの空気熱交換器５には、冷媒の流路に扁平管が使用されている。
　機械室３には、冷媒回路の空気熱交換器５を除く各部品が収容されている。つまり、機械室３には、水熱交換器７を有する冷媒回路の各部品（圧縮機、四方弁、膨張弁、水熱交換器７およびレシーバタンク）と、水熱交換器７を有する冷媒回路の各部品（圧縮機、四方弁、膨張弁、水熱交換器８およびレシーバタンク）とが設置されている。
　機械室３には、流入側の水配管９と流出側の水配管１０とが設けられている。この２本の水配管９、１０の両端には、図２に示すように、本実施の形態と同様の空冷チラーユニット５０の水配管９、１０と接続するための管継ぎ手部９ａ、１０ａが設けられている。この管継ぎ手部９ａ、１０ａは、ボルトによって接続される。
　前記のように構成された空冷チラーユニット５０においては、冷房運転のときに、空気熱交換器５が凝縮器として作用し、水熱交換器７、８が蒸発器として作用する。暖房運転のときには、空気熱交換器５が蒸発器として作用し、水熱交換器７、８が凝縮器として作用する。
　本実施の形態においては、空気熱交換器５に扁平管を用いることで、円管を使用した空気熱交換器と比べ、熱交換性能を約３０％向上させることができる。このため、同等の性能比であれば、扁平管を用いた空気熱交換器５の容積を約３０％小さくすることができる。これにより、送風機室２を小さくでき、これに伴って機械室３の空間を広くとることができるので、機械室３内における水配管９、１０まわりのサービススペースを大きくとることができ、冷媒回路の保守作業などを容易にできる。
　また、空気熱交換器５の容積が小さくなることで、空冷チラーユニット５０の冷媒回路に使用する冷媒量を削減できるので、余剰冷媒を溜めるレシーバタンクに容量の小さいレシーバタンクを使用できる。
実施の形態２．
　図３は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を備えた空冷チラーユニットを模式的に示す斜視図、図４は図３の機械室に配置された水熱交換器と水配管の接続例を示す図である。なお、実施の形態１と同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
　本実施の形態においては、空気熱交換器５に扁平管を使用し、冷房運転と暖房運転を同時に行えるようにしている。つまり、扁平管を使用した空気熱交換器を用いることで、前述のように機械室３の空間を広くとることができるので、例えば、温水循環用の水配管１１、１２と冷水循環用の水配管１３、１４とを機械室３内に設けることが可能になる。この場合、冷媒回路の水熱交換器７を冷水循環用の水配管１３、１４に接続し、もう一方の冷媒回路の水熱交換器８を温水循環用の水配管１１、１２に接続する。
　空調負荷に応じて空冷チラーユニット５０を連結する場合には、図４に示すように、水配管１１、１２、１３、１４の各両端に設けられた管継ぎ手部と、同一の空冷チラーユニット５０の水配管１１、１２、１３、１４の各両端に設けられた管継ぎ手部とを対向させてボルトで接続する。
　運転時には、水熱交換器７側の空気熱交換器５が凝縮器として作用し、その水熱交換器７が蒸発器として作用し、冷水循環用の水配管１４内の水を冷水とする。また、水熱交換器８側の空気熱交換器５が蒸発器として作用し、その水熱交換器７が凝縮器として作用し、温水循環用の水配管１２内の水を温水とする。
　４本の水配管１１、１２、１３、１４が機械室３内に設けられるのは、前述したように、（１）扁平管を用いた空気熱交換器５の容積を、円管を使用した空気熱交換器よりも約３０％小さくなって、機械室３の空間を広くとることができることと、（２）空気熱交換器５の容量が小さくなることで、１ユニット（空冷チラーユニット５０）の冷媒量を削減でき、余剰冷媒を溜めるレシーバタンクの容量を小さくすることが可能であるからである。
　また、機械室３を大きくすることで、２つの水熱交換器７、８の容量を増加させることができる。
　１　筐体、２　送風機室、３　機械室、４　ドレンパン、５　空気熱交換器、６　送風機、７、８　水熱交換器、７ａ、８ａ　冷媒配管、９、１０　水配管、９ａ、１０ａ　管継ぎ手部、１１、１２　温水循環用の水配管、１１ａ、１２ａ　管継ぎ手部、１３、１４　冷水循環用の水配管、１３ａ、１４ａ　管継ぎ手部、５０　空冷チラーユニット。

Claims (4)

  1. 　上側に送風機室および下側に機械室を有する筐体と、
    　少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を空気で熱交換する空気熱交換器、冷媒量を調節する膨張弁、水を冷媒で熱交換し、水を冷却または加熱する水熱交換器および余剰冷媒を溜めるレシーバタンクが冷媒配管により接続された冷媒回路とを備え、
    　前記送風機室には、鉛直線方向と直交する方向にファンの回転軸が向けられた送風機および当該送風機の吸引側に配置された前記空気熱交換器が設けられ、
    　前記機械室には、前記圧縮機、前記水熱交換器、前記膨張弁、前記レシーバタンクおよび前記水熱交換器が接続された水配管が設けられ、
    　前記空気熱交換器に扁平管を用いた冷凍サイクル装置。
  2. 　前記筐体内に前記冷媒回路を２つ備えて１つのユニットとする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記機械室内に温水循環用の水配管と冷水循環用の水配管とが設けられ、
    　前記冷媒回路のうち一方の冷媒回路の水熱交換器に前記温水循環用の水配管が接続され、もう一方の冷媒回路の水熱交換器に前記冷水循環用の水配管が接続された請求項２記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記水配管の両端に管継ぎ手部が設けられた請求項１～３の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
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